Электрические железные дороги

Задание на курсовую работу

С методическими указаниями

для студентов IV курса

Специальности

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТРАНСПОРТ

(железнодорожный транспорт) (ЭПС)

 

 

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВУЮ РАБОТУ

 

Целью курсовой работы является изучение принципов управления электровозом переменного тока и определение скоростей движения и времен хода при его работе с грузовым поездом в режимах тяги, выбега и торможения.

 

В курсовую работу входят:

1. Рассмотрение упрощенной схемы силовой цепи одной секции 8-осного электровоза переменного тока, ознакомление со ступенчатым изменением напряжения на тяговых двигателях (ТЭД) и регулированием их возбуждения и расчет тяговых характеристик.

2. Спрямление и приведение заданного профиля пути.

3. Выбор расчетного подъема и определение массы состава.

4. Расчет и построение диаграмм удельных ускоряющих и замедляющих сил.

5. Построение кривой скорости в функции пути для движения по перегону от ст.А до ст.В.

6. Построение кривой времени в функции пути.

7. Определение времени хода поезда по перегону и технической скорости.

 

Исходные данные

 

Вариант задания студент выбирает из табл. 1 по последней цифре учебного шифра, а из табл. 2 - по предпоследней цифре и общие данные для всех вариантов.

 

Таблица 1

Исходные данные по электровозу

 

Показатель	Номер варианта (последняя цифра учебного шифра)
Номинальная мощность на валу тягового двигателя, кВт
Номинальная скорость движения поезда, км/ч	47,7	50,3	52,5	54,4	55,7		44,7	45,5	46,2
Масса восьмиосного электровоза, т
Позиция регулирования для определения напряжения на тяговых двигателях

 

Таблица 2

Исходные данные по профилю пути

 

Номер элемента профиля пути

Данные общие для всех вариантов

Длина элемента профиля пути, м, (предпоследняя цифра учебного шифра)

Крутизна уклона i, ‰

Радиус кривой R, м

Длина кривой Sкр, м

0,0 +6,1 +5,7 +10 +2,5 -6,2 -5,0 -7,3 0,0

Ст.А - - Ст.В

- - - -

 

Примечание. Оси станций принимать посередине длины соответствующего элемента.

 

Общие исходные данные для всех вариантов

 

1. В составе поезда четырехосные вагоны на роликовых подшипниках. '

2. Средняя масса четырехосного вагона - 70 т.

3.Длина четырехосного вагона 1в = 15 м.

4. Универсальные тяговые характеристики электровоза приведены в табл. 3.

 

Таблица З

 

Нормальное возбуждение НВ	Скорость движения, V/Vн	0,85	0,90	1,00	1,10	1,25	1,50	1,90
Сила тяги, Fк/Fкн	1,59	1,34	1,00	0,76	0,53	0,32	0,17
Ослабленное возбуждение ОВ	Скорость движения, V/Vн	0,90	1,00	1,15	1,25	1,40	1,60	1,90
Сила тяги, Fк/Fкн	1,63	1,34	0,98	0,80	0,61	0,45	0,31

 

5. Максимальная скорость движения электровоза 100 км/ч.

6. Длина восьмиосного электровоза 1_э = 33 м.

7. Коэффициент полезного действия передачи электровоза η_п = 0,975.

8. Допустимые скорости на спусках по условиям безопасности движения приведены на рис. 1.

 

 

 

ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К ВЫПОЛНЕНИЮ КУРСОВОЙ РАБОТЫ

 

1. Для успешного выполнения и защиты курсовой работы студент должен четко представлять себе физическую сущность проводимых расчетов в каждом разделе, разобраться в них, используя методические указания и рекомендуемую литературу. Перед выполнением каждого шага нужно тщательно прочитать методические указания, осмыслить предъявляемые требования к расчетам и порядок их проведения.

2. Курсовая работа состоит из расчетной записки и графиков к ней, оформленных с учетом требований ЕСКД (ГОСТ 2.105-79).

3. Записка пишется на одной стороне каждого листа. С левой стороны листа оставляется поле шириной 20-25 мм для подшивки.

На обложке записки нужно указать название учебной дисциплины, курс, специальность и специализацию, по которым учится студент, фамилию, инициалы, учебный шифр и адрес студента.

В начале записки указывают наименование курсовой работы, отражающее ее содержание, номер варианта и выписывают все исходные данные в соответствии с цифрами шифра и общие для всех вариантов.

4. Расчетная записка оформляется в соответствии с рекомендациями программы, приведенной в методических указаниях по выполнению работы.

После номера раздела и его заголовка указывают номер шага (без слова "шаг") и его заголовок и проводят требуемые расчеты.

Записка должна быть написана аккуратно разборчивым почерком, без сокращения слов.

5. В каждом шаге записки приводят необходимые обоснования к выбору расчетных величин, рассуждения и расчетные формулы. Все рассуждения нужно излагать только своими словами и как можно короче. Не следует переписывать текст методических пояснений или выдержки из учебников. Работы с переписанными текстами не зачитываются. Формулы пишут в общем виде, после чего через знак равенства указывается численное выражение входящих в нее величин и затем - результат. Значения символов и числовых коэффициентов, входящих в формулы, расшифрованы в задании. В курсовой работе их повторять не обязательно. Однако при защите необходимо объяснить их значение.

6. Если на основании расчетной формулы необходимо заполнить таблицу или графу (строку) таблицы, то записывается формула в общем виде и затем один раз приводится ее численное выражение и результат с указанием значения параметра, для которого результат получен.

Например: расчетный коэффициент сцепления

 

 

При v =50км/ч

 

Результаты расчетов сведены в табл. N...

 

7. К расчетной записке должны быть приложены следующие графики:

а) тяговые характеристики электровоза;

б) кривые удельных ускоряющих и замедляющих сил;

в) кривые скорости и времени движения по участку.

8. Все графики нужно выполнять карандашом на миллиметровой бумаге тонкими линиями. Для удобства построения и пользования графиками координатные оси нужно проводить по жирным линиям миллиметровой сетки. Расчетные точки, через которые необходимо провести линии графика, должны быть выделены на кривых.

9. При построении кривых удельных ускоряющих и замедляющих сил и графиков V(S) и t(s) необходимо строго соблюдать правильные соотношения масштабов, приведенных в табл. 10. Остальные графики рекомендуется выполнять, используя нормальный ряд масштабов: 0,1; 0,2; (0,25) 0,4; 0,5;1,0; 2,0; (2,5) 4,0; 5,0; 10,0 ед/мм и т.д

10. Все таблицы и графики должны иметь сквозную нумерацию и размещены после ссылки на них в тексте записки или на следующей странице (если выполнены на отдельных листах).

11. Расчеты выполняются в международной системе единиц (СИ).В связи с тем, что в [1] (см. рекомендуемую литературу) предусмотрено использование технической системы единиц, силы в кгс, необходимо переводить в Н (1кгс=9,81 Н).

12. Все расчеты выполняются с точностью не менее трех значащих цифр, для удельных сил - два знака после запятой.

13. После получения отрецензированной работы студент должен аккуратно исправить все ошибки и сделать требуемые дополнения. Для исправлений можно использовать обратную (чистую) сторону предыдущего листа.

При большом количестве исправлений на одной странице (или графике) ее нужно переписать (или переделать) и подклеить к странице с замечаниями рецензента. Первоначальный текст или график должен быть перечеркнут.

14. Выполнение перечисленных требований к оформлению является обязательным условием допуска работы к защите.

 

 

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

 

1. Правила тяговых расчетов для поездной работы. М.: Транспорт, 1985.

2. Сидоров Н.А., Сидорова Н.Н. Как устроен и работает электровоз. М.: Транспорт, 1988.

3. Осипов С.И. Основы электрической и тепловозной тяги. М.: Транспорт, 1985.

4. Теория электрической тяги / Под ред. И.П.Исаева М.: Транспорт, 1995.

5. Электрические железные дороги / Под ред. А.В.Плакса и В.Н.Пупынина М.: Транспорт, 1993.

6. Осипов С.И., Осипов С.С. Основы тяга поездов. УМК МПС России, 2000.

 

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

 

РАЗДЕЛ 1

СХЕМА СИЛОВОЙ ЦЕПИ И ТЯГОВЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭЛЕКТРОВОЗА ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

 

Шаг 1. Схема силовой цепи электровоза переменного тока и таблица

Замыкания контакторов

 

На электроподвижном составе переменного тока устанавливают трансформатор, понижающий напряжение контактной сети 25000 В до величины, необходимой для работы тяговых двигателей, и выпрямитель, преобразующий переменный ток в постоянный. Схемы силовых цепей электровозов приведены в [2, гл. 5, § 3 и 7]. Однако они сложны для студентов IV курса. Поэтому здесь целесообразно рассмотреть упрощенную схему силовой цепи электровоза, приведенную на рис. 2.

Первичная обмотка трансформатора Тр через главный выключатель ГВ подключена к токоприемнику П, скользящему по контактному проводу. Для регулирования скорости движения в схеме предусмотрено ступенчатое изменение напряжения и регулирование возбуждения тяговых двигателей. Для ступенчатого изменения напряжения вторичная обмотка трансформатора секционирована. На нашей схеме она состоит из шести одинаковых секция 0 - 1...5 - 6. Вторичная обмотка через переходной реактор ПР подключена к выпрямителю.

После выпрямления напряжение, подводимое к тяговым двигателям, имеет пульсирующий характер. Соответственно напряжению будет пульсировать и ток, что вредно отражается на работе тягового двигателя. Для уменьшения пульсаций в цепь выпрямленного тока включен сглаживающий реактор СР.

Все тяговые двигатели включены параллельно.

Обмотка возбуждения каждого тягового двигателя шунтирована постоянно включенным резистором R_ш для уменьшения пульсаций магнитного штока, а следовательно, улучшения работы двигателя.

Регулирование возбуждения выполняется с использованием шунтирующих резисторов, так же как и на электроподвижном составе постоянного тока.

Порядок работы контакторов при регулировании напряжения и возбуждения показывают в таблице замыкания контакторов (табл. 4), которая облегчает рассмотрение схемы.

 

 

Как видно из схемы рис. 2, ступенчатое регулирование напряжения осуществляют контакторами 1-12, порядок включения и отключения которых показан в табл. 4.

Пуск и разгон электровоза начинается с позиции 1, когда включена одна секция 0-1 вторичной обмотки трансформатора. При отсутствии нагрузки напряжение на каждой такой секции, в том числе и на секции 0-1, примем равным II = 200 В.

В процессе пуска и разгона машинист включает с помощью контроллера следующие позиции, на которых напряжение на тяговых двигателях ступенями увеличивается до наибольшего, равного в нашей схеме 200 • 6 = 1200 В.

В процессе регулирования важно, чтобы напряжение увеличивалось без разрыва электрической цепи. Для этого используют переходный реактор ПР.

Рассмотрим порядок переключения контакторов с вывода 1 на вывод 2 вторичной обмотки трансформатора. На первой позиции, как видно из схемы рис. 2 и табл. 4, замкнуты контакторы 1 и 2. Концы обмотки реактора а и б соединены с выводом 1. Ток идет от концов а и b реактора к средней точке с и далее к выпрямителю. С обмотки трансформатора снимается напряжение U_0-1 = 200 В.

На второй позиции размыкается контактор 1 и замыкается контактор 3. Переходный реактор включен через контакторы 2 и 3 параллельно секции 1-2 и в точке с делит напряжение этой секции пополам. Напряжение, подводимое к выпрямителю, будет равно U_0-1+0,5U_1-2 = 200+100=300 В.

На третьей позиции размыкается контактор 2 и замыкается контактор 4. Оба конца обмотки ПР соединяются с выводом 2 вторичной обмотки и напряжение, подведенное к выпрямителю, U_0-2 = U_0-1+U_1-2 ⁼ 200+200=400 В.

Последующие переключения совершаются аналогично. Таким образом, переходной реактор позволяет не только переключать секции трансформатора без разрыва цепи тяговых двигателей, но одновременно удвоить число ступеней регулирования напряжения без увеличения числа выводов вторичной обмотки трансформатора.

На позиции 11, как видно из табл. 4, напряжение вторичной обмотки трансформатора наибольшее и составляет 200 • 6 = 1200 В.

Среднее значение выпрямленного напряжения на тяговых двигателях U_в не равно действующему напряжению переменного тока U, а между ними существует определенное соотношение (при холостом ходе):

 

U_в = 0,9U (1)

 

Таблица 4

Таблица замыкания контакторов электровоза переменного тока

 

Позиция

Контакторы

Ш1

Ш2

Ш3

Ш4

Ш5

Ш6

Ш7

Ш8

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

Ш1

Ш2

Ш3

Ш4

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

Ш1

Ш2

Ш3

Ш4

Ш5

Ш6

Ш7

Ш8

 

 

Дальнейшее увеличение скорости получают за счет регулирования возбуждения (поз. 12 и 13).

Более подробно схему силовых цепей электровозов переменного тока студенты будут изучать на старших курсах.

Студент должен аккуратно вычертить карандашом на листе формата А4 (210 X 297 мм) схему силовых цепей с соблюдением размеров условных обозначений по ГОСТу и выделить на ней (более жирной или цветной линией) цепь тока по заданной в табл. 1 позиции и рассчитать для этой позиции напряжение на тяговых двигателях U_в по формуле (1).

Оформление шага. Схема силовых цепей одной секции восьмиосного электровоза с выделенными цепями на заданной позиции. Таблица замыкания контакторов к схеме с указанием напряжения Ш на заданной позиции.